简易交通信号灯控制电路

2. 用红、绿、黄发光二极管作信号灯。
3. 东西干道亮绿灯时，南北干道亮红灯；南北干道亮绿灯时，东西干道亮红灯。
4. 东西干道每次放行45秒，南北干道每次放行25秒，设立45秒、25秒计时、显示电路。
5. 在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5秒黄灯作为过渡，设立5秒计时、显示电路。
一、设计原理与参考电路
4.要求红黄绿灯用发光二极管表示，并且显示出时间。
5.
主要参考资料
1．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月
2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月
3．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月
4．李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月
表274161功能表
CP
RD
LD
EP
ET
D
C
B
A
QD
QC
QB
QA
X
0
X
X
X
X
X
X
X
0
0
0
0
↑
1
0
X
X
D
C来自百度文库
B
A
D
C
B
A
X
1
1
0
X
X
X
X
X
保持
保持
加计数
X
1
1
X
0
X
X
X
X
↑
1
1
1
1
X
X
X
X
要保证显示电路能够自动转换状态，每隔30、32、62秒都需有信号输出，如此可以当作控制器的输入。本计数器采用62进制，所以要用两片74HCT161构成。采用反馈清零的方式实现预制数62，即二进制111110。
5．康华光，电子技术基础，高教出版社，2003
完 成 期 限：2012年06月22日
指导教师签章：
专业负责人签章：
2012 年 06月 11日
简易交通信号灯控制电路
摘 要
电子课程设计是电子技术学习中非常的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的过程。交通灯能保证行人过马路的安全，控制交通状况等优点在现今社会起到了不可估量的作用，而它的原理更应用到了许多的行业和场合。交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通事故。它的控制器主要由控制器、秒脉冲发生器、定时器、译码显示电路及信号灯组成。通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法,指挥各种车辆实现十字路口交通管理的自动化.因此，在本次课程设计里，将以教材《数字电子技术基础》提供的设计方法为基础来实现设计交通控制信号灯。
现态
转换条件
次态
Q1n
Q0n
A
B
C
Q1n+1
Q0n+1
0
0
0
×
×
0
0
0
0
1
×
×
0
1
0
1
×
0
×
0
1
0
1
×
1
×
1
1
1
1
×
×
0
1
1
1
1
×
×
1
1
0
1
0
×
0
×
1
0
1
0
×
1
×
0
0
由真值表可以得到状态转换方程：
74153的数据选择端（AB），按二进制译码，以供两组从各自的4个数据（1C0--2C0,2C0—2C3）中分别选取1个所需的数据。只有在两组各自的选择端（1G,2G）为低电平时才可选择数据。
电路原理图如图4
图4电路原理图
555引脚图如图5
图5555引脚图
2.2计时脉冲发生电路
此电路通过芯片74LS161实现其功能。74LS161介绍如下：
74161是同步四位二进制加法计数器，它有异步清零、同步预置数等功能。其功能如表2所示。CP脉冲上升沿控制电路计数工作，RD端为异步清零端，LD是预置数控制端，A、B、C、D是预置数输入端，EP和ET是计数使能（控制）端，RCO是进位输出端。下面根据功能表进一步说明各控制端的作用。
由图3可见，uc将在Ucc/3与2Ucc/3之间变化，因而可求出电容C上的充电时间T1和放电时间T2
图3 555波形图
T1=（R1+R2）CLn2≈0.7（R1+R2）C
T2=R2CLn2≈0.7R2C
所以输出矩形波的周期为：
T=T1+T2=（R1+2R2）CLn2≈0.7（R1+2R2）C
555定时器组成的秒脉冲CP的周期为1秒，即T=1.
主要内容、基本要求、主要参考资料等：
主要内容
1．阅读相关科技文献。
2．学习protel软件的使用。
3．学会整理和总结设计文档报告。
4．学习如何查找器件手册及相关参数。
技术要求
1.要求控制一个十字路口的交通灯。
2.设定南北，东西向交通灯显示时间一样。
3.设定红灯绿灯均显示30秒，红灯绿灯切换时黄灯显示2秒。
图6计时脉冲发生电路
此电路图6是产生CP30、CP32、CP62的电路。
2.3控制器
控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。由图2可列出真值表，如表3所示。选用两个D触发器U1、U2做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为A、B、C。
表3 真值表
输入
输出
关键字：交通灯控制器 自动
概 述
设计要求：
1要求控制一个十字路口的交通灯。
2设定南北，东西向交通灯显示时间一样。
3设定红灯绿灯均显示30秒，红灯绿灯切换时黄灯显示2秒。
4要求红黄绿灯用发光二极管表示，并且显示出时间。
根据设计要求：
1. 设计一个交通信号灯控制器，由一条东西干道和一条南北干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停车。
参考文献
[1]何小艇.电子系统设计[M].杭州：浙江大学出版社，2001年6月
B=1
C=0图2工作状态转换图B=0
二
2.1秒脉冲产生电路
秒脉冲发生器是由555定时器构成的多谐振荡器，因为控制系统是以秒作为单位，所以用秒脉冲发生器，且其对信号的精度要求不高，这里选用555定时器来构成。
555定时器周期计算
当接通电源Ucc后，电容C上的初始电压为0V，比较器C1、C2输出为1和0，使u0=1，放电管T截止，电源通过R1、R2向C充电。Uc上升至2Ucc/3时，RS触发器被复位，使u0=0,T导通，电容C通过R2到地放电，uc开始下降，当uc降到Ucc/3时，输出uo又翻回1状态，放电管T截止，电容C又开始充电。如此周而复始，就可在3脚输出矩阵波信号。
根据以上方程，选用数据选择器 74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。
控制器的逻辑图如图7所示
图7控制器的逻辑图
74ls153功能表如下
表4
2
此电路采用74LS138进行译码工作。将控制器输出Q1、Q0转变成6信号灯的状态转换。
4.东西干道红灯亮，南北干道黄灯亮。表示东西干道禁止通行，黄灯亮足规定的时间间隔2s时，电路又转换到第种1工作状态。
交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如表所示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。并作如下规定：控制状态信号灯状态车道运行状态
表7
控制器输出状态
1片74190预置数
2片74190预置数
3片74190预置数
4片74190预置数
S0
3
0
3
2
S1
0
2
×
×
S2
3
2
3
0
S3
×
×
0
2
由上述状态表可得真值表如表8
控制器
第1片74190预置数
第2片74190预置数
第3片74190预置数
第4片74190预置数
Q1
Q0
D3
D2
D1
D0
D3
D2
D1
D0
D3
D2
D1
D0
D3
D2
D1
D0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
×
×
×
×
×
×
×
×
1
1
0
0
1
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
×
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
0
1
表8
由于74190的输出为4位十进制编码输出，要用显示出来只要通过译码器7448将十进制翻译出来即可
U1 D3=0 D2=0 D1=Q0非+Q1D0= Q0非+Q1
S0（00）东西干道绿，南北干道红东西干道通行，南北干道禁止通行
S1（01）东西干道黄，南北干道红东西干道停车，南北干道禁止通行
S3（11）东西干道红，南北干道绿东西干道禁止通行，南北干道通行
S2（10）东西干道红，南北干道黄东西干道禁止通行，南北干道停车
设：A:表示东西干道绿灯亮的时间间隔为30秒，定时时间到A=1，否则，A=0。
74LS190单时钟十进制可逆计数器。其74LS190管脚图、功能图、功能表分别如图9图10表6所示
图974LS190管脚图
图10 74LS190功能图
表6
设计过程
要设计计时显示电路，则首先把两片74LS190级联成2位十进制计数器。级联图如下
图11计时显示电路
由于交通灯分东西、南北干道，则需要以上二位十进制计数器两个。而要使状态转换时计数器预置不同初始值，则需要对不同74190芯片的输入端预置数。由控制器输出Q1、Q0可得状态转换表如表7
在论文即将结稿之日我要感谢的人有很多,首先我要感谢我们的辅导老师黄老师,黄老师多次为我指点迷津，帮助我开拓设计思路，精心点拨、热忱鼓励。对老师的感激之情是无法用言语表达的。
在此次课设中我深刻的体会到了小组之间的合作精神的重要性，在设计过程中和后期处理过程中都存在着繁重的压力，数据的处理，电路图的绘制等等，在此过程中如果没有小组之间的团队精神，个人很难或者说基本上根本就不可能完成此次课设，因此在工作和学习过程中我们应该懂得团结互助的原则。在设计中遇到了很多问题，最后在老师与同学们的辛勤指导下，终于应刃而解。
图1 交通灯控制系统的原理框图
（2）分析
1.东西干道绿灯亮，南北干道红灯亮。南北干道禁止通行。绿灯亮规定的时间隔30s时，转到下一工作状态。
2.东西干道黄灯亮，南北干道红灯亮。南北干道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔2s时，转到下一工作状态。
3.东西干道红灯亮，南北干道绿灯亮。表示东西干道禁止通行，南北干道上的车辆允许通行绿灯亮规定的时间间隔30s时，转到下一工作状态。
B:表示南北干道绿灯亮的时间间隔为30秒，定时时间到B=1，否则，B=0。
C:表示黄灯亮的时间间隔为2秒，定时时间到C=1，否则，C=0。
其状态表为：
表1
状态
东西车道
南北车道
时间
s0
绿灯亮
红灯亮
30秒
s1
黄灯亮
红灯亮
2秒
s2
红灯亮
绿灯亮
30秒
s3
红灯亮
黄灯亮
2秒
状态图如下
A=0 C=0
A=1
C=1
C=1
假设：
G1表示东西干道绿灯R1表示东西干道红灯Y1表示东西干道黄灯
G2表示南北干道绿灯R2表示南北干道红灯Y2表示南北干道黄灯
表5状态转换表
Q1
Q0
G1
R1
Y1
G2
R2
Y2
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
由上表可知电路图如图8
图8灯光信号编码电路
2.5计时显示电路
此电路主要由74LS190、八管脚数字显示器等元件组成。
U2 D3=0 D2=0 D1=Q0D0=Q0非
U3 D3=0 D2=0 D1= Q1非+Q0D0=Q1非+Q0
U4 D3=0 D2=0 D1= Q1非+Q0非D0=0
7448功能表：
表9
由此得计时显示电路
图12计时显示电路
2.6总电路接线图
将上述各部分主要电路将接口名称相同的连接在一起，即可完成中电路图。
总之这周的课程设计让我受益匪浅，在整个过程中我得到了老师和同学的许多帮助。经过这周的课程设计，也使我对课本知识有了新的认识和掌握，更让我学到了许多课本上学不到的知识。学会了如何分析问题，解决问题，以及合作的重要性。同时也认识到自己本身还有很过不足之处。作为初学者，面对自己的这点小成功，内心的兴奋是不言而喻的。我想，我们未来的路还很长，只要我们认真思考，多动手，保持着这份兴趣与求知欲，未来的成功就不会遥远。
（1）．通过分析系统的逻辑功能，画出其机构框图如图1。
交通灯控制系统的原理框图如图1所示。它主要由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码器和计时显示电路等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。
总电路图如下图13：
图13总电路图
三、结束语
3.1设计中存在的问题
1.各部分电路之间是否会相互影响。
2.秒脉冲发生器产生的脉冲能否准确的产生秒脉冲。
3.计时脉冲电路能否正确的产生3种秒脉冲。
4.倒计时计数器能否自动切换预置数。
总 结
通过这次课程设计，不仅加深了我对数字逻辑电路的理解，而且加强了我独立思考和合作交流及动手能力。通过对设计中的每个模块的设计巩固了对理论知识的掌握。而且这次的课程设计激发了我对电子设计的兴趣。曾经我对我们专业是一片迷茫，但是通过这次课程设计，通过亲自制作设计电子小作品以及在网上看到的各种各样有关电子方面的小文章，我似乎隐约了解了一些电子专业的未来的发展方向。这种感悟，这种兴趣的来源只靠平时上课老师的说教是肯定不可能领悟到的。